Твёрдое железное ядро Земли деформируется за 10 лет — и это сбивает длину суток
iXBT.com ·
День на Земле никогда не равен ровно 24 часам — разница составляет несколько миллисекунд, но за десятилетия эти крошечные сдвиги накапливаются. Группа геофизиков из Альбертского университета в Канаде установила, что главный двигатель изменений — «гравитационное перетягивание» между твёрдым внутренним ядром Земли и плотными областями мантии.
День на Земле никогда не равен ровно 24 часам — разница составляет несколько миллисекунд, но за десятилетия эти крошечные сдвиги накапливаются. Группа геофизиков из Альбертского университета в Канаде установила, что главный двигатель изменений — «гравитационное перетягивание» между твёрдым внутренним ядром Земли и плотными областями мантии.
Ещё около 30 лет назад учёные обнаружили, что жидкое внешнее ядро и твёрдая мантия обмениваются вращательным моментом: когда ядро ускоряется, мантия слегка притормаживает, и сутки удлиняются, а когда ядро замедляется — мантия разгоняется, и сутки укорачиваются. Это перераспределение сохраняет постоянным полный угловой момент планеты. Однако физический механизм, передающий момент от ядра к мантии, оставался неясным.
Ответ обнаружился в несферичности внутреннего ядра. Твёрдое железное ядро радиусом около 1220 километров не идеально круглое. Когда его вращение меняется, неравномерно распределённая масса смещается относительно плотных неоднородностей в мантии выше. Гравитация тянет обе структуры обратно к выравниванию — возникает гравитационный момент, который ускоряет или замедляет мантию, меняя длину суток. Одновременно работает встречный эффект: на границе ядра и мантии трение и электромагнитное сопротивление создают тормозящий момент, который ограничивает размах гравитационного воздействия. Наблюдаемые миллисекундные вариации длины суток — результат тонкого баланса этих двух конкурирующих сил. До получения результата учёные не знали, что механизм работает именно так.
Самым неожиданным следствием модели оказалось поведение самого внутреннего ядра. Железное ядро, находящееся под давлением около 3,6 миллиона атмосфер и при температуре, сравнимой с поверхностью Солнца, ведёт себя не как абсолютно твёрдое тело — оно, согласно расчётам, вязко деформируется с характерным временем около 10 лет. Для объекта, который сейсмологи привыкли описывать как кристаллически упорядоченный и жёсткий, это парадоксальный результат.
Исследование является модельным: команда протестировала комбинации конкурирующих сил на шестидесятилетнем архиве записей вращения Земли, и наилучшее совпадение с наблюдениями дала та модель, где гравитационный момент доминирует. Прямых измерений движения внутреннего ядра не существует — о нём судят по особенностям прохождения сейсмических волн, а эти данные имеют собственные погрешности и остаются предметом дискуссий среди сейсмологов. Авторы подчёркивают: следующий шаг — проверка гравитационного объяснения на новых, а не только исторических данных.
Практическая значимость выходит за рамки фундаментальной геофизики. Атомные часы идут несравнимо стабильнее, чем вращается планета, поэтому с 1972 года в шкалу Всемирного координированного времени (UTC) периодически вставляли «високосные секунды», чтобы удерживать формальное время близким к астрономическому. В 2022 году Международное бюро мер и весов проголосовало за отказ от этой практики к 2035 году — отчасти потому, что вращение Земли трудно предсказать. Лучшее понимание глубинных сил, меняющих длину суток, способно улучшить долгосрочные прогнозы, хотя авторы текущей работы таких прогнозов пока не дают. На практике всё просто: часы, показывающие ровно 24 часа, отсчитывают атомное время, а планета держится собственного, слегка неточного ритма, который частично задаётся медленным гравитационным обменом на глубине в тысячи километров.